Etude et réalisation par lithographie électronique de dispositifs à ondes acoustiques de surface à structure multicouche : des filtres pour la bande X aux capteurs de liquide, Study and realization of surface acoustic waves devices realized on multi-layer substrates using electron beam lithography : about filters for the X band and liquid sensors

Philippe Kirsch

Description

Sous la direction de Patrick Alnot, Badreddine Assouar
Thèse soutenue le 13 novembre 2007: Nancy 1
Après beaucoup de travail, de nombreuses heures de réflexion, d'idées à améliorer et, des fois, à rejeter, une quantité innombrable d'échantillons et d'heures passés sur les différentes installations, nous voilà au point de présenter les résultats de tous ces efforts. Tout au début, nous avions décidé de se lancer dans la recherche et le développement de dispositifs à ondes acoustiques de surface pouvant servir en tant que filtres électriques passe-bande pour les nouvelles technologies de télécommunication et en tant que capteurs de liquide. Nous avons commencé à faire l'inventaire des tous les domaines que nous allions aborder lors de nos travaux de recherche, en nous en avons présenté ce qui nous semblait important. Même si la science est le pilier principal de cette thèse, nous nous sommes assurés que nos efforts ne seraient pas vains dès le départ en analysant les besoins industriels, et donc indirectement les retombées économiques possibles, en dispositifs à ondes acoustiques de surface. Nous nous sommes donc dotés de tous les outils nécessaires pour pouvoir avancer : Nous avons étudié l'évolution des dispositifs à ondes acoustiques de surface afin de reconnaître, avec un peu de chance, des tendances et de nouvelles ouvertures. Nous avons élucidé la partie théorique correspondante, au niveau de la piézoélectricité et des ondes acoustiques de surface. Nous avons fait le tour des matériaux piézoélectriques utilisées pour se faire une idée des leurs propriétés pour pouvoir faire, le moment venu, une sélection judicieuse selon les besoins de l'application. En partant de la théorie générale des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les différents types d'ondes existants dans la même optique : Disposer d'une multitude intéressante de choix possibles pour trouver la bonne solution à la fin. [...]
-Canal microuidique
After a lot of hard work, countless hours of brainstorming, ideas to still improve or simply to drop, an amazing number of processed samples and a remarkable amount of time spent on all of those different machines have finally brought us to the point where we are able to present our results. Right at the beginning of this work, we had decided to get into the development of surface acoustic wave devices that could possibly serve as well as electric band pass filters as as liquid sensors. We have started out by making an inventory in all domains that we would possibly be confronted with and we proposed a selection of the most valuable information that could be found. Even if science is at the heart of this thesis, we wanted to be sure that our efforts would not be opposed to real world economic and industrial needs. We have thus arranged all necessary tools to our side: From historical evolution of surface acoustic wave devices through acoustic wave theory in solids, from general piezo-electricity to surface acoustic waves. We went through commonly used piezoelectric materials in order to get an idea of their properties and differences to be able to make the right decision at the right time, similarly to the study of the different types of acoustic surface waves with always the same goal in mind: Rely on the vastest number of possibilities in order to make the right decision when required. [...]
Source: http://www.theses.fr/2007NAN10125/document

Informations

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• Nombre de lectures: 188
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 27 Mo

Extrait

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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm Faculte des Sciences et Techniques
U.F.R. Sciences et Techniques de la Matiere et des Procedes
Ecole Doctorale EMMA
These
presentee pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Universite Henri Poincare, Nancy I
Specialite : Plasmas, Optique, Opto-Electronique et Micro-Nanosystemes
par
Philippe Jean Charles Kirsch
Ingenieur diplom^ e en microtechnique
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Etude et realisation par lithographie
electronique de dispositifs a ondes
acoustiques de surface a structure
multicouche : Des filtres pour la bande X
aux capteurs de liquide
Soutenue publiquement le 13 novembre 2007 devant la comission d’examen
Rapporteurs : Dr. R. Jimenez-Rioboo Chercheur, ICMM, CSIC, Madrid (E)
Prof. Dr. R. Pelster Professeur, UdS, Sarrebruck (D)
Examinateurs : Prof. Dr. B. Agius Professeur, Universite Paris-Sud (F)
Prof. Dr. H.-N. Migeon Professeur, CRPGL, Belvaux (L)
Prof. Dr. P. Alnot Professeur, UHP, Nancy (F)
(directeur de these)
Dr. M.B. Assouar Charge de Recherches CNRS, UHP, Nancy (F)
(co-directeur de these)
Laboratoire de Physique des Milieux Ionises et Applications
Faculte des Sciences et Techniques, UHP, BP239 - 54506 Vandoeuvre-les-Nancy CedexiiIt’s better to burn out than to fade away.
Kurt D. Cobain
American grunge rock musician, guitarist, singer and songwriter (1967 - 1994)ivRemerciements
Cette these a ete e ectuee au Laboratoire de Physique des Milieux Ionises et Ap-
plications de l’Universite Henri Poincare de Nancy, en collaboration avec le Centre de
Recherche Publique Gabriel Lippmann.
Je remercie Monsieur Bernard Weber, directeur de recherche au CNRS, et Monsieur
Jamal Bougdira, Professeur a l’Universite Henri Poincare, ancien directeur et directeur
actuel du LPMIA pour m’avoir accueilli au sein de leur laboratoire en tant que doctorant.
Je remercie sincerement Monsieur Patrick Alnot, Professeur a l’Universite Henri Poin-
care, et Monsieur Badreddine Assouar, Charge de recherches CNRS, d’avoir accepte d’en-
cadrer cette these et de m’avoir accompagne et conseille au cours de ce travail. J’aimerai
plus particulierement remercier Dr. Badreddine Assouar pour son assistance soutenue
aussi bien au niveau organisationnel que personnel lors de ces trois ans.
Je remercie Monsieur Herni-Noel Migeon, directeur du laboratoire Science et Analyse
des Materiaux au Centre de Recherche Publique Gabriel Lippmann, pour m’avoir accueilli
en tant que stagiaire au sein de son laboratoire. J’aimerai egalement remercier le Ministere
de la Culture, de l’Enseignement Superieur et de la Recherche du Grand-Duche de Luxem-
bourg pour m’avoir accorde une Bourse Formation-Recherche permettant de realiser ce
travail.
Je remercie Monsieur Rafael Jimenez-Rioboo , chercheur a l’institut des Sciences des
Materiaux a Madrid, et Monsieur Rolf Pelster, Professeur a l’Universite de la Sarre, pour
avoir accepte d’^etre rapporteurs de ce memoire.
Je remercie Monsieur Bernard Agius, Professeur a l’Universite Paris-Sud, pour avoir
accepte de presider le jury de these.
Je remercie Monsieur Coriolan Tiusan, chercheur CNRS au Laboratoire de Physique
des Materiaux, pour son aide lors des analyses AFM e ectuees.
vvi
J’aimerai aussi remercier Mohammed Belmahi, Denis Beyssen, Jean-Luc Briancon,
Omar Elmazria, Julien Eschbach, Michel Fabry, Tarek Lamara, Robert Hugon, Sophie
Klein, Laurent LeBrizoual, Felicidade Moreira, Jean-Franco is Pautex, Pascal Nicolay, Di-
dier Rouxel, Fred Sarry, Nathalie Turki, Brice Vincent, Henri-Noel Migeon, Marc Botreau,
Jean-Nicolas Audinot, David Duday pour toutes les discussions que nous avons eues, qui
m’ont aide a trouver mon chemin.
Je remercie aussi Dominique Mulot, pour avoir realise toutes les pieces mecaniques
concues et necessaires a la realisation de ce travail.
J’aimerai egalement remercier Prof. Dr. Sergei Zghoon pour ^etre venu juste au bon
moment pour discuter et m’aider a comprendre...
J’aimerai enn remercier tous les gens qui m’ont aide et soutenu lors ces trois ans
interessants, parfois aussi diciles. J’aimerai donc remercier mes parents Claudine et
Leon, ma soeur Franco ise et Margot pour tout le soutient qu’ils on pu me donner, ainsi
que Tom, Christian, Patrick et Sophie, Bob et Marc.
Philippe Kirsch, Novembre 2007Table des matieres
Introduction (Fran cais) 1
Introduction (English) 5
1 Dispositifs SAW : Un tour d’horizon 11
1.1 Le contexte de la these . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Les inter^ets industriels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4 Piezoelectricite et ondes acoustiques de surface . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.5 Materiaux piezoelectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6 Types d’ondes SAW et applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2 Procedes de realisation 55
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2 Les procedes des micro- et nanotechnologies . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3 Le procede de realisation de structures IDT par lithographie electronique . 100
2.4 Les methodes d’analyse utilisees en technologie integree . . . . . . . . . . . 108
2.5 -Canaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3 Dispositifs SAW pour la bande X 121
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.2 Dispositifs a base de materiaux massifs isolants . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.3 Dispositifs SAW a structure multicouche AlN/diamant pour la bande X . . 135
3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
4 Capteurs de liquide a ondes de Love 167
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.2 Le capteur de liquide Liquichip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
4.3 Caracterisation de la structure LiTaO =SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . 2003
4.4 Caracterisation des capteurs realises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
viiviii Table des matieres
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Conclusion generale et perspectives 241
General conclusion and perspectives 245
Annexes
A Formats des chiers 251
A.1 CIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
A.2 DXF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
A.3 PG3600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
B Quelques autres types de capteurs 255
B.1 Les capteurs optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
B.2 Les capteurs de grandeurs mecaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
B.3 Les capteurs thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
B.4 Les capteurs de debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
B.5 Les capteurs magnetiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
B.6 Les capteurs electro-chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
C Le masque optique utilise pour le capteur Liquichip 261
D Plans du systeme de receptacle 263
D.1 Base du systeme de receptacle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D.2 Applicateur de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
D.3 Couvercle de protection mecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
D.4 Connecteur hydraulique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
D.5 Support pour la base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
D.6 Platine electronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Table des gures 276
Liste des tableaux 278
Publications 279
Curriculum vitae 281
Autorisation d’impression 283